KV变电所一次部分设计翁楷潮.docx
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KV变电所一次部分设计翁楷潮
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
课程论文
变电站（所）电气一次部分设计
课程名称发电厂电气部分课程设计
专业电气工程及其自动化
成绩翁楷潮
指导教师孔莲芳
学习时间：
2013年8月
目 录
第一部分变电站（所）电气一次部分设计说明书
一、原始资料.............................................................................................3
二、电气主接线设计................................................................................4
三、主变压器变的选择............................................................................7
四、站（所）用变压器的选择................................................................8
五、高压电气设备选择............................................................................9
高压断路器的选择及校验..............................................................9
隔离开关的选择及校验..................................................................11
电流互感器的选择及校验..............................................................12
电压互感器的选择及校验..............................................................14
高压熔断器的选择及校验..............................................................15
母线选择及校验..............................................................................16
电缆选择及校验..............................................................................17
六、防雷及过电压保护装置设计............................................................17
第二部分变电站（所）电气一次部分设计计算书
一、负荷计算............................................................................................19
主变负荷计算...................................................................................19
站用变负荷计算...............................................................................19
二、短路电流计算...................................................................................20
三、电气设备选择及校验计算...............................................................25
高压断路器的选择及校验...............................................................26
隔离开关的选择及校验...................................................................29
电流、电压互感器的选择及校验...................................................31
高压熔断器的选择及校验...............................................................33
母线选择及校验...............................................................................34
电缆选择及校验...............................................................................37
四、防雷保护计算.......................................................................................37
结束语....................................................................................39
第一部分变电站（所）电气一次部分设计说明书
一、原始资料
（一）
（二）建站规模
电压
负荷
名称
每回最大负荷（KW）
功率因数
回路数
供电方式
线路长度（km）
35KV
乡镇变1
6000
0.9
1
架空
15
汽车厂
4300
0.88
2
架空
7
砖厂
5000
0.85
1
架空
11
镇变2
6000
0.9
1
架空
10
备用
2
10KV
体育馆
2000
0.9
1
架空
5
纺织厂1
10000
0.89
1
电缆
3
医院
500
0.88
2
架空
7
化肥厂
1000
0.9
1
架空
5
塑料厂
1200
0.89
1
架空
10
材料厂
800
0.9
2
架空
2
备用
2
（三）环境条件
变电所位于某城市，地势平坦，交通便利，空气较清洁，区平均海拔300M，最高气温40℃，最低气温5℃，年平均气温23℃.年平均雷电日55日/年，土壤电阻率高达1000.M
（四）短路阻抗
系统作无穷大电源考虑
2、电气主接线设计
（一）主接线的设计原则和要求
1.主接线的设计原则
（1）考虑变电站在电力系统的地位和作用
变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素.变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同.
（2）考虑近期和远期的发展规模
变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行.应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数.
（3）考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响
对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电.
（4）考虑主变台数对主接线的影响
变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响.通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高.而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低.
（5）考虑备用量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求.电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式.
2.主接线设计的基本要求
根据有关规定：
变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定.并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求.
（6）可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践.主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合.因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响.同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的.评价主接线可靠性的标志如下：
1）断路器检修时是否影响供电；
2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；
3）变电站全部停电的可能性.
（7）灵活性
主接线的灵活性有以下几方面的要求：
1）调度灵活，操作方便.可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求.
2）检修安全.可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电.
3）扩建方便.随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能.所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小.
（8）经济性
可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加.所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理.
1）投资省.主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器.
2）年运行费小.年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费.其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失.
3）占地面积小.电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用.在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器.
4）在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益.
（二）主接线的设计
1.设计步骤
电气主接线设计，一般分以下几步：
（9）拟定可行的主接线方案：
根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留2个技术上相当的较好方案.
（10）对2个技术上比较好的方案进行经济计算.
（11）对2个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案.
（12）绘制最优方案电气主接线图.
2.初步方案设计
根据原始资料，此变电站有三个电压等级：
110/35/10KV，故可初选三相三绕组变压器，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器.为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下两种接线方案供最优方案的选择.
方案一：
110KV侧采用双母线接线，35KV侧采用单母分段接线，10KV侧采用单母分段接线.
方案二：
110KV侧采用单母分段接线，35KV侧采用双母线接线，10KV侧采用单母分段.
两种方案接线形式如下：
图1方案一
图2方案二
3.最优方案确定
（13）技术比较
在初步设计的两种方案中，方案一：
110KV侧采用双母线接线；方案二：
110KV侧采用单母分段接线.采用双母线接线的优点：
①系统运行、供电可靠；②系统调度灵活；③系统扩建方便等.采用单母分段接线的优点：
①接线简单；②操作方便、设备少等；缺点：
①可靠性差；②系统稳定性差.所以，110KV侧采用双母线接线.
在初步设计的两种方案中，方案一：
35KV侧采用单母分段接线；方案二：
35KV侧采用双母线接线.由原材料可知，问题中未说明负荷的重要程度，所以，35KV侧采用单母分段接线.
（14）经济比较
对整个方案的分析可知，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上35KV、10KV侧单母线形接线比双母线接线有很大的灵活性.
由以上分析，最优方案可选择为方案一，即110KV侧为采用双母线接线，35KV侧为单母线形接线，10KV侧为单母分段接线.其接线图见以上方案一.
3、主变压器的选择
在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务.确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证.因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义.
（一）主变压器台数的选择
为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台.本设计变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器.
（二）主变压器型式的选择
1.相数的确定
在330kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器.因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便.如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器.
2.绕组数的确定
在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器.
3.绕组连接方式的确定
变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行.电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定.我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35KV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地.35KV及以下电压，变压器绕组都采用角接.
主变压器选SFSZ7-31500/110型，其参数如表1所示：
表1
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
空载电流（%）
空载损耗（KW）
负载损耗（KW）
阻抗电压（%）
连接组
高压
中压
低压
高
低
高
低
中低
高
中
高
低
中低
SFSZ7-31500/110
31500
110±8*1.25%
38.5±2*2.5%
11
1.09
50.3
175
10.5
17.5
6.5
YN,yn0,d11
其容量比为：
15000/15000/15000.
四、站（所）用变压器选择
（一）站用变压器的选择的基本原则
（15）变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应；
（16）阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的；
（17）变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率.
站用变压器选S6-160/10型，其参数如表2所示：
表2
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组
损耗（W）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
高压
低压
空载
短路
S6-160/10
160
11、10.5、10、6.3、6
0.4
Y,yn0
430
2100
4
2.0/3.5
5、高压电气设备选择
导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件.
（一）断路器的选择与校验
断路器型式的选择：
除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定.根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选 用SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器.
（1）断路器选择的具体技术条件如下：
电压：
电流：
开断电流：
式中：
——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；——断路器的额定开断电流.
动稳定：
式中：
——断路器极限通过电流峰值；
——三相短路电流冲击值.
热稳定：
式中：
——稳态三相短路电流；
其中：
，由和短路电流计算时间.
110KV母线侧与进线侧断路器选SW6-110/1250-15.8型，参数如下表所示：
表3
型号
电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
4S热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
重合性能
额定
最大
最大
有效
电流休止时间（s）
重合时间（s）
SW6-110
110
126
1250
15.8、21、31.5、（16）、（21）
41、53、80
41、53、80
15.8、21、31.5、（16）、（21）
0.2
（0.2）
0.04
（0.045）
0.1
0.4
35KV母线侧与出线侧选出断路器型号为SW2－35/1000-24.8型，其参数如下表所示：
表4
型号
电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
4s热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
额定
最大
最大
有效
SW2-35
35
40.5
1000
24.8
63.4
39.2
24.8
0.4
0.06
10KV母线侧选出断路器型号为SN10-10型，其参数如下表所示：
表5
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
4s热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
最大
有效
SN10-10
10
2000
43.3
130
43.3
43.3
>0.2
>0.06
10KV出线侧选出断路器型号为SN10-10/630-16型,其参数如下表所示：
表6
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
最大
有效
SN10-10
10
630
16
40
16
16（2S）
>0.2
>0.06
（二）隔离开关的选择及校验
隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流.但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用.
隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定.其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同.
（1）断路器选择的具体技术条件如下：
电压：
电流：
动稳定：
热稳定：
110KV母线侧与进线侧选出隔离开关GW4－110/600型，其参数如下表所示：
表7
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（s）（KA）
GW4－110
110
600
50
16（5）
35KV母线侧选出隔离开关型号为GW2-35/1000型，其参数如下表所示：
表8
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（s）（KA）
GW2-35
35
1000
50
10（10）
35KV出线侧选出隔离开关型号为GW4－35/600型，其参数如下表所示：
表9
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（s）（KA）
GW4－35
35
600
50
16（5）
10KV母线侧选隔离开关型号为GW2-10/2000型，其参数如下表所示：
表10
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（s）（KA）
GW2-10
10
2000
85
51（5）
10KV出线侧选出隔离开关型号为GN1-10/400型,其参数如下表所示：
表11
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（s）（KA）
GNI-10
10
400
50
14（5）
（三）电流互感器的选择及校验
电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择.对于6~20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，对于35KV及以上配电装置，一般用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时，应尽量釆用套管式电流互感器.
电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时，亦可考虑用1A.
（1）电流互感器选择的具体技术条件如下：
一次额定电流的选择：
当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示.
电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择.
电缆式零序电流互感器窗中应能通过一次回路的所有电缆.
当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流.
准确级的选择：
与仪表连接接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于以下要求：
用于电能测量的互感器准确级：
0.5功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级；2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器；一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算.
一次侧额定电压：
Un≥Ug
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